一、二氧化氮（NO₂）的定义与特性

 1. 基本定义

二氧化氮（NO₂）是一种由1个氮原子和2个氧原子组成的无机化合物，化学式为NO₂。它是氮氧化物（NOₓ）家族中的重要成员，常温下呈红棕色气体，具有强烈的刺激性气味。NO₂的分子结构为V形（键角约134°），具有强氧化性和腐蚀性。其重要特性包括：

 溶解性：易溶于水，与水反应生成硝酸（HNO₃）和一氧化氮（NO）：  

                  3NO2+H2O→2HNO3+NO

这一反应是酸雨形成的关键机制。

 二聚性：在低温或高压下，NO₂可二聚为无色气体四氧化二氮（N₂O₄），二者存在动态平衡：  

                  2NO2↔N2O4  

温度升高时，平衡向生成NO₂方向移动，气体颜色加深。

 2. 来源与分布

（1）自然来源：  

雷电活动、火山喷发和土壤微生物的硝化作用会产生少量NO₂。  

（2）人为来源：  

 燃烧过程：化石燃料（汽油、煤炭）的高温燃烧是主要来源，如汽车尾气（柴油车排放尤甚）、火力发电厂、工业锅炉等。  

 工业排放：硝酸制造、金属冶炼（如铝厂）、化工生产（如尼龙、化肥）等过程释放大量NO₂。  

 室内污染：燃气灶、烟草烟雾等也可能产生NO₂。

 3. 环境与健康危害

环境影响：  

 光化学烟雾：NO₂是光化学反应的关键前体物，与挥发性有机物（VOCs）在阳光下生成臭氧（O₃）、过氧乙酰硝酸酯（PAN）等，形成光化学烟雾，导致能见度下降和植物损伤。  

 酸雨：NO₂与水反应生成的硝酸是酸雨的主要成分之一，腐蚀建筑、破坏土壤和水体生态。  

健康危害：  

 急性暴露：高浓度NO₂（>20 ppm）会引发呼吸道灼烧感、咳嗽、呼吸困难，严重时导致肺水肿甚至死亡。  

 慢性暴露：长期接触低浓度NO₂（>0.1 ppm）可能诱发哮喘、慢性阻塞性肺病（COPD），并增加心血管疾病风险。  

 敏感人群：儿童、老年人及呼吸系统疾病患者更易受其影响。

 二、二氧化氮的主要用途

尽管NO₂具有强毒性，但在工业和科技领域仍具有不可替代的应用价值：

1. 化工生产

 硝酸工业：  

NO₂是奥斯特瓦尔德法生产硝酸的核心中间体。通过氨氧化生成NO，再氧化为NO₂，最终与水反应制得硝酸。硝酸广泛用于化肥（如硝酸铵）、炸药（如TNT）、染料和塑料生产。  

 硝化反应：  

作为强氧化剂，NO₂参与有机物硝化反应，用于合成硝基化合物（如硝基苯、硝化纤维素），是医药、农药和炸药的重要原料。

 2. 工业氧化剂

 火箭推进剂：  

NO₂与肼类燃料（如偏二甲肼）组合，可提供高比冲的化学推进能量，常用于卫星和导弹的液体燃料发动机。  

 金属处理：  

用于不锈钢钝化处理，形成致密氧化膜以增强抗腐蚀性；在半导体制造中，NO₂用于刻蚀硅片表面的氧化层。

 3. 实验室与检测

 标定气体：作为标准气体验证空气质量监测设备（如NO₂传感器）的准确性。  

 化学分析：在分光光度法中，NO₂可用于测定大气中其他污染物的浓度。

 4. 其他特殊用途

制冷剂：四氧化二氮（N₂O₄）曾用作低温制冷剂，但因毒性已被淘汰。  

食品工业：极低浓度的NO₂可用于肉类腌制（如火腿）以抑制细菌生长，但需严格限量。

三、使用二氧化氮的注意事项

由于NO₂的高毒性和环境风险，其使用必须严格遵守安全规范：

1. 健康防护

暴露限值：  

 职业安全：根据OSHA标准，工作场所中NO₂的8小时平均浓度不得超过5 ppm，短期（15分钟）暴露限值为15 ppm。  

 环境标准：中国《环境空气质量标准》（GB 3095-2012）规定，NO₂的24小时平均浓度限值为80 μg/m³（约0.04 ppm）。  

个人防护装备（PPE）：  

 呼吸防护：在可能泄漏的区域需佩戴正压式空气呼吸器（SCBA）或供气式呼吸器，普通防毒面具仅适用于低浓度环境。  

 身体防护：穿戴耐腐蚀的化学防护服、橡胶手套（如丁基橡胶）和护目镜。

2. 安全操作规范

 通风要求：  

必须在密闭设备或通风橱中操作，确保工作区域换气率≥12次/小时。  

禁止在无强制通风的封闭空间使用NO₂。  

 泄漏应急处理：  

小规模泄漏：使用碱性溶液（如5%氢氧化钠）喷洒吸收，反应生成硝酸钠和水：   

2NO2+2NaOH→NaNO3+NaNO2+H2O

大规模泄漏：立即疏散人员，封锁现场，由专业团队使用雾状水稀释并控制扩散。  

 储存与运输：  

钢瓶应直立存放于阴凉、防火、防静电的专用库房，温度控制在30℃以下。  

运输时需贴“有毒气体”和“氧化剂”标识，避免与还原剂（如氨气、有机物）混装。

 3. 环境管理

 排放控制：

工业排放需安装SCR（选择性催化还原）或SNCR（非催化还原）设备，将NO₂转化为氮气（N₂）。  

遵守《大气污染物综合排放标准》（GB 16297-1996），NO₂排放浓度限值为240 mg/m³。  

 废弃物处理：  

含NO₂的废液需用碱液中和至pH≥7，再交由危废处理机构处置。  

禁止直接排入下水道或大气。

 4. 健康监测与急救

 暴露后处理：  

吸入暴露：迅速转移至空气新鲜处，保持体温，若呼吸停止立即实施人工呼吸并送医。  

眼睛接触：用大量清水冲洗至少15分钟，就医检查角膜损伤。  

 长期监测：定期对接触NO₂的工人进行肺功能检查和血液硝酸盐浓度检测。

 四、总结

二氧化氮作为重要的工业原料，在化工、能源和科研领域不可或缺，但其毒性、腐蚀性及环境危害要求使用者必须高度重视安全管理。未来，随着清洁能源技术（如氢燃料、电动汽车）和高效脱硝工艺的推广，NO₂的人为排放有望逐步减少。在当前阶段，严格遵守操作规范、加强个人防护和环境监测，是平衡其应用价值与安全风险的关键。